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8/10/2019 ACTUADORES fundamentos.pdf

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SISTEMAS DE CARGA Y ARRANQUE, TEMA: 6

ACTUADORES

INDICE

6.1. ACTUADORES 1

6.1.1. Definición 1

6.1.2. Clasificación de los actuadores 1

6.1.3. Actuadores electromagnéticos 2

Fundamentos - 2 - Relés - 2 - Válvulas de inyección - 2 - Otras aplicaciones - 3 -

6.1.4. Actuadores calefactores 3

Fundamentos - 3 - Bujías de precalentamiento diesel - 4 - Bujías de calefacción - 4 - Otras aplicaciones - 4 -

6.1.5. Actuadores: electromotores 4

Fundamentos - 4 - Bomba de combustible - 5 - Válvula estabilizadora de ralentí - 5 - Otras aplicaciones - 6 -

6.1.6. Electromotores: motor paso a paso 6

Fundamentos - 6 - Válvula estabilizadora de ralentí - 7 - Otras aplicaciones - 7 -

6.1.7. Actuadores acústicos 8

Fundamentos de los altavoces - 8 - Avisador acústico - 8 - Altavoces - 9 -

6.1.8. Actuadores: pantallas de cristal líquido 9

Fundamento - 9 - Pantalla del cuadro de instrumentos - 9 - Retrovisor antideslumbrante automático - 10 - Otras aplicaciones - 10 -



SISTEMAS DE CARGA Y ARRANQUE ELECTROMECANICA DE VEHÍCULOS

Profesor: Jesús Vázquez Herrero - 1 -

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6.1.

ACTUADORES

6.1.1.

Definición

En un sistema de gestión electrónica los sensores son los elementosencargados de obtener la información, es decir, proporcionan las señales deentrada a la Unidad de Control para que ésta pueda determinar la orden de salida.

Esta orden de salida es convertida en una señal eléctrica que se envía a unaccionador o actuador que convertirá la energía eléctrica en otra forma deenergía.

Los tipos de actuadores presentes en un automóvil son muy variados; vandesde los muy sencillos y directos como un relé que recibe una corriente y accionaun contacto, a otros que incorporan su propia electrónica de conversión, como esel caso por ejemplo de las pantallas, las cuales disponen de sus propios circuitoselectrónicos para transformar la señal de entrada en una cifra o cualquier otraindicación visual.

6.1.2.

Clasificación de los actuadores

Al igual que sucede con los sensores, los actuadores son dispositivos queproliferan cada vez más en el automóvil como consecuencia de la mayorimplementación de nuevos sistemas electrónicos.





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Para su estudio y presentación los actuadores pueden clasificarse de diversomodo, porque los hay de diversa naturaleza. No obstante es preferible clasificarlossegún el principio básico de funcionamiento.

- Electromagnéticos: son los basados en el magnetismo o elelectromagnetismo.

-Calefactores:

son aquellos que generan calor.- Electromotores: son accionamientos donde intervienen motores eléctricos.- Electromotores: motores paso a paso.- Acústicos: son los sensores relacionados con el sonido.- Pantallas de cristal líquido: son los actuadores que presentan un mensaje

visual o introducen una información gráfica.

6.1.3.

Actuadores electromagnéticos

Fundamentos

Los actuadores electromagnéticos se basan en el magnetismo, que puede ser

de origen natural, mediante un imán, o creado por la electricidad (efectoelectroimán). También se incluyen aquí otros fenómenos relacionados con laelectricidad y el magnetismo: como la inducción electromagnética que consigue generar alta tensión, principio de los transformadores de encendido.

Relés

El funcionamiento del relé se basa en el efecto electroimán que tiene lugarcuando circula corriente por una bobina arrollada a un núcleo de hierro dulce. Elrelé se construye para facilitar que corrientes de elevado valor puedan circular demodo controlado, con una pequeña corriente de mando. Dispone de dos circuitos,

uno de potencia por donde circulará la corriente de la batería hacia el elementoconsumidor y otro circuito de mando, de bajo consumo que puede ser gobernado

con corrientes débiles desde cualquier Unidad de Control.

Válvulas de inyección

Las válvulas de inyección, también llamadas inyectores o electroválvulas, sondispositivos electromagnéticos que funcionan abriendo y cerrando el circuito de





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presión de combustible en respuesta a los impulsos que le aplica la Unidad deControl.

Estas válvulas van montadas en los equipos de inyección donde normalmentese destina una válvula para cada cilindro como en los sistemas de gestión del motorSimos.

Constan de un cuerpo de válvula donde se encuentra la bobina y una agujainyectora mantenida en posición de reposo (cerrando el paso de combustible)mediante la acción de un muelle. Cuando la bobina recibe corriente, la aguja eslevantada debido al efecto electroimán de su asiento y el combustible puede salira presión por la ranura calibrada. La cantidad exacta de combustible quesuministra la válvula depende del tiempo de inyección, es decir, del tiempo quepermanece abierta; y este valor es determinado por la Unidad de ControlElectrónico según las condiciones de funcionamiento del motor.

El caudal establecido se convierte así en impulsos eléctricos que recibe la

válvula y la modificación del caudal se consigue haciendo variar el tiempo deinyección (entre uno y varios milisegundos).

Otras aplicaciones

Hay muchas aplicaciones donde se utilizan actuadores electromagnéticos,como:

-

Electroválvula de ventilación del depósito de carbón activo.- Acoplamiento magnético del compresor de aire acondicionado.- Transformador de encendido.

6.1.4.

Actuadores calefactores

Fundamentos

Los actuadores calefactores son los que producen calor gracias al efecto Joule. Este efecto relaciona la corriente que circula por una resistencia y laenergía liberada en forma de calor. El calor se produce cuando una elevadacorriente (muchos electrones) al atravesar un conductor con poca resistencia,

provocan entre ellos numerosas colisiones y fricciones, lo cual hace incrementar la temperatura.





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Se utilizan como resistencias calefactoras hilo metálico con una aleacióndeterminada (cromo-níquel) que le confiere un elevado coeficiente de resistividad(alto valor óhmico) y además posee una gran resistencia al calor. También sefabrican a base de compuestos semiconductores dispuestos sobre una superficie.

Bujías de precalentamiento diesel

Los motores diesel están equipados con bujías de precalentamiento parafacilitar el arranque en frío. Son autorreguladas, de calentamiento rápido y estándiseñadas como resistencias PTC: su resistencia aumenta con la temperatura.

En frío presentan muy baja resistencia, por lo que fluye mucha corriente y sealcanza rápidamente la temperatura normal de servicio, pero una vez caliente, suresistencia aumenta limitando y regulando así el paso de la corriente. El tiempo defuncionamiento se halla generalmente limitado mediante un temporizador.

Bujías de calefacción

Algunos vehículos diesel de última generación con sistema de inyección

directa (TDi) destinados a países fríos, montan un sistema de calefacción adicionalque consiste en incorporar bujías de calentamiento al circuito del líquidorefrigerante, facilitando de este modo una rápida disponibilidad de calefacción enel habitáculo.

Otras aplicaciones

También se utilizan otros actuadores calefactores, entre los que cabe citar:- Luneta térmica.- Resistencia calefactora del colector de admisión (erizo).- Radiador eléctrico, para calefacción

6.1.5.

Actuadores: electromotores

Fundamentos





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Los electromotores o motores eléctricos basan su funcionamiento en elprincipio de que la energía eléctrica se puede transformar en energía mecánica.

Cuando circula corriente a través de un conductor se crea a su alrededor uncampo magnético; si este conductor se coloca bajo la acción de un fuerte campomagnético fijo (el estator) y de mayor intensidad (por ejemplo, un imán permanente),

este último trata de empujar y desplazar al conductor fuera del mismo.

Si el conductor forma una espira arrollada formando un inducido y sealimenta a través de unas escobillas que crean un campo magnético opuesto al fijo(del estator), el campo magnético creado en el inducido formará una fuerza dereacción que le obligará a girar en el interior del campo magnético fijo.

Se construyen motores de diversas características técnicas, como los

motores rotativos de giro libre, con reductor o bien de giro limitado.

Bomba de combustible

Citemos como ejemplo una bomba de rodillos del circuito de combustible delsistema de inyección.

El motor va alojado en una carcasa bañado por combustible y se facilita lalubricación. El inducido del motor recibe corriente a través de las escobillas, y hace girar el rotor donde se encuentran los rodillos, éstos por la fuerza centrífuga sedesplazan al exterior y actúan como junta rotativa. Los rodillos crean en la entradadel combustible una cámara cuyo volumen aumenta, se llena de combustible y esdesplazado hacia la salida donde el volumen disminuye, por lo que el combustiblesale de este modo bombeado hacia el exterior.

Válvula estabilizadora de ralentí

El tipo de válvula estabilizadora de ralentí consiste en un motor de inducidoúnico con el giro limitado. El inducido (rotor) está colocado de tal modo que hace





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girar la válvula abriendo el paso de aire; al mismo tiempo se le opone la acción deun muelle que obliga a la válvula a estar cerrada. La corriente que recibe el motorcrea una par de giro que se opone a la fuerza del muelle produciendo una posiciónangular determinada, lo cual significa una determinada sección de paso de aire. Elcontrol de la corriente sobre el motor se hace mandando la tensión nominal a

impulsos, con una frecuencia fija y haciendo variar la relación de ciclo.Otras aplicaciones

Existen muy variadas aplicaciones donde se utilizan electromotores. Citemoscomo ejemplo las siguientes.

- Elevalunas eléctricos.- Reloj del cuadro de instrumentos.- Actuador de mariposa en sistemas- Monojetronic y Monomotronic.- Dosificador de combustible en sistemas TDi.

6.1.6.

Electromotores: motor paso a paso

Fundamentos

EL motor paso a paso está constituido por un rotor de imanes permanentes y varias bobinas que configuran el estator. El rotor se encuentra en el interior deuna armadura o jaula y se encuentra magnetizada con el mismo número de polosque los que puede crear una de las bobinas. La correspondencia entre el rotor(polos fijos) y el estator (polos variables) es la causa que provoca el giro escalonadodel rotor, ya que las bobinas, arrolladas a unas masas polares, pueden ser

alimentadas alternativamente, creando sobre las masas campos magnéticos conpolaridad opuesta a la armadura del imán, de tal modo que se producedesplazamiento del rotor hasta la posición siguiente, es decir una fracción (por





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esta razón se le denomina motor paso a paso). La fracción de giro o paso dependedel número de polos del imán y de las bobinas de alimentación (fases).

La Unidad de Control Electrónico se encarga de la excitación de las bobinas,cambiando alternativamente la polaridad de cada grupo de bobinas para producirel giro o para cambiar el sentido de giro.

Válvula estabilizadora de ralentí

La estabilizadora de ralentí del motor dotado con gestión SPI, emplea unmotor paso a paso para controlar el régimen de ralentí mediante la modificaciónde un paso de aire adicional al de la mariposa de los gases. Está compuesto por unestator que posee dos bobinas y el rotor con los imanes permanentes, que tiene eleje roscado. Un cono de ajuste se halla roscado al eje del rotor, de tal modo quecuando el eje gira el cono se desplaza. El cono se intercala en el paso de aire

adicional de modo que según el sentido de giro del motor el cono cerrará o abriráel paso de aire.

Otras aplicaciones





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Además de esta aplicación, los motores paso a paso también se utilizan paraservicios, como por ejemplo:

- Regulación de las trampillas de ventilación del sistema Climatronic.- Indicadores del cuadro de instrumentos del Arosa (cuentarrevoluciones,

cuentakilómetros, nivel de combustible y temperatura del motor).

6.1.7.

Actuadores acústicos

Fundamentos de los altavoces

Según el principio físico de funcionamiento los altavoces pueden ser dediversos tipos, los más usuales son los electrodinámicos, electrostáticos ypiezoeléctricos.

Ya que es muy difícil conseguir que un solo altavoz pueda reproducir elmargen de frecuencias audible (20 Hz-20 000 Hz), en los sistemas de alta fidelidadse utilizan varios altavoces, que reparten la señal: graves, agudos o medios.

El más corriente para equipos de música es el de tipo electrodinámico, el cualse basaen el

efecto electromagnético que transforma las oscilaciones eléctricas de amplitud yfrecuencia en vibraciones mecánicas, vibraciones que a su vez mediante unelemento rígido producen ondas sonoras que se transmiten al espacio.

El elemento “rígido” que produce el sonido pude ser una membranaconstruida con diferentes materiales: papel, aluminio, plástico, lámina de cerámica(cuarzo), etc. Cada una de las cuales proporciona unas características sonoraspeculiares.

Una bobina por la que circula corriente es la encargada de “excitar” y hacer vibrar la membrana del altavoz. Hay avisadores acústicos de tipo piezoeléctricodonde la membrana es sustituida por una fina lámina de cerámica. La vibración seproduce al entrar en resonancia la lámina tras ser excitada con una corrientealterna; variando la frecuencia de excitación es posible modificar el tono.

Avisador acústico

El avisador acústico que monta el cuadro de instrumentos del Arosa lleva ensu interior un pequeño altavoz de tipo piezoeléctrico, que genera un “zumbido” o





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“gong” como señal de advertencia cuando el sistema electrónico detecta una ciertaanomalía; como por ejemplo falta de presión de aceite, exceso de velocidad,cinturón desabrochado, etc.

El dispositivo acústico consiste en una membrana cerámica, excitadamediante un circuito electrónico que genera una frecuencia variable y modulada.

El diminuto altavoz la transforma en el sonido característico de un “zumbido” o un“gong” según el tipo de advertencia.

Altavoces

Los altavoces utilizados en el sistema de autorradio también sonconsiderados como actuadores ya que responden a las solicitudes de una unidadelectrónica que puede ser el autorradio o un amplificador ecualizador. Ademáspor ellos también puede transmitirse información de ayuda al conductor.

Hay dos tipos de altavoces: pasivos y activos Los altavoces pasivos sonexcitados directamente por el equipo de audio: tienen la ventaja de su reducido

tamaño y buenas prestaciones, y tienen el inconveniente de que no pueden estarmuy alejados de la fuente de sonido, porque se producen pérdidas de energía,siendo necesario utilizar cables de alimentación de gruesa sección. Los altavocesactivos, por el contrario, incorporan internamente un amplificador, por lo quepueden estar situados lejos de la fuente de sonido y utilizar cables de pequeñasección.

No obstante, tienen el inconveniente de que necesitan ser alimentadosindependientemente con corriente.

6.1.8.

Actuadores: pantallas de cristal líquido

Fundamento

El principio de funcionamiento de la pantalla de cristal líquido o display tipo LCD (Liquid Cristal Display) se basa en la opacidad o transparencia que se observaen un cristal líquido cuando es sometido a la acción de un campo eléctrico.

Entre dos superficies transparentes se introduce un líquido de cristal comomedio indicador. El líquido ha de contener sustancias orgánicas, es decir, losdenominados cristales líquidos. Por medio de electrodos aplicados a las dossuperficies se puede crear un campo eléctrico que influye sobre la permeabilidadluminosa del líquido, es decir, sobre el mayor o menor paso de luz. Si a estoselectrodos se les da una forma concreta pueden representar cualquier símbolo.

De este modo una pantalla puede presentar, mediante una matriz de puntos,cualquier símbolo, gráfico o carácter; convirtiéndose en un excelente medio decomunicación visual.

La pantalla necesita de una electrónica de control propia para sufuncionamiento.

Pantalla del cuadro de instrumentos

La principal aplicación de la pantalla es como indicador de datos en el cuadrode instrumentos. Una sola pantalla puede mostrar varias indicacionessimultáneamente y servir al mismo tiempo como monitor que permita la

visualización de otros datos que puedan estar almacenados en la memoria. Esposible el diseño de pantallas que incorporen distintas clases de información asícomo diversos símbolos explicativos.





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La pantalla se integra en un cuadro de instrumentos o bien forma parte deuna unidad de manejo, como el caso del Climatronic, donde la pantalla muestra lafunción programada de cada tecla y el estado de la función seleccionada.

Retrovisor antideslumbrante automático

Este especial espejo retrovisor, consta de una electrónica de control y elelemento del espejo. El elemento de espejo tiene una carga de gel electroquímico(similar al cristal líquido) situado entre el cristal del espejo y un cristal transparente. El gel se encuentra entre dos capas electroconductoras y enausencia de tensión es transparente.

Cuando el vehículo es alcanzado por una luz desde atrás, es detectado porun fotosensor y la electrónica aplica una tensión a las placas conductoras que alpolarizar el gel lo van haciendo opaco.

En función del grado de deslumbramiento, el gel se oscurecerá con mayorintensidad, evitando el efecto deslumbrante.

Otras aplicaciones

Aunque hay gran número de aplicaciones donde hay pantalla, pueden citarseentre ellos:

- Equipo de radio.- Relojes horarios.- Pantallas de sistemas de navegación.

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